CN101675353B - 用于生成rf场的方法和rf发射器布置 - Google Patents

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Abstract

公开了一种多通道RF发射器布置，其包括多个像RF天线、天线元件、线圈或者线圈元件之类的RF发射器元件(e)，用于生成RF场，尤其在磁共振成像(MRI)系统中使用以激发核磁共振(NMR)，以及公开了用于生成这样的RF场的方法。RF发射器元件(e)至少沿着MRI系统的主磁场方向(或者z向或者纵向)被分割为多个分段(s1，s2，s3，…)。

Description

用于生成RF场的方法和RF发射器布置
技术领域
本发明涉及RF发射器布置，其包括多个像RF天线、天线元件、线圈或者线圈元件或者其它谐振器元件的RF发射器元件，用于生成RF场，尤其在磁共振成像(MRI)系统中使用以激发核磁共振(NMR)。本发明还涉及用于生成这样的RF场的方法。
此外，本发明涉及多通道RF发射系统，其包括多个RF波形发生器和RF放大器，用于生成RF发射信号以馈送给这样的多通道RF发射器布置，尤其在MRI系统中作为RF激发系统使用。
本发明也涉及MRI系统，其包括这样的多通道RF发射或者励磁系统以及这样的多通道RF发射器布置。
背景技术
传统的MR系统使用一个RF发射线圈(例如，正交体线圈(QBC))，所述RF发射线圈由单独RF信号馈送。多通道发射系统使用具有N个元件的线圈，所述线圈由N个相位和振幅可以变化的独立RF信号馈送。通过这些系统，改善图像的均匀性是可能的，其中该均匀性常常代表在更高的RF场强度下由于在检查对象之内的所谓介质共振或者波传播效应导致的问题。通过使用多维空间选择性的RF脉冲和RF匀场的其它技术，可以获得更均匀的图像。此外，并行RF发射使像用于局部或者放大成像的RF脉冲的加速之类的很多有趣的新技术特征成为可能。
US 2005/0099178公开了一种用于磁共振成像的多通道发射和接收天线阵列。更详细地，公开了一种单通道发射系统，其借助于单个发射器和针对多元件发射阵列的可开关功率分路器而供应RF功率。另外，公开了一种T通道系统，其具有针对发射阵列中的每个元件的分开的发射器，所述T通道系统包括幅度和相位控制，其中可以将发射元件放置在沿MRI系统的z方向上。
US 6,900,636公开了一种用于在MRI装置的检查体积中生成RF场的布置，其中将多个谐振器分段布置在检查体积周围并且连接在一起以形成体线圈。每一个谐振器分段设有与主磁场磁体的纵轴并行延伸的导体元件。将谐振器分段彼此去耦合，使得分开的发射通道可与每一个谐振器分段相关联，并且可以为每一个谐振器分段单独地选择RF馈送的相位和振幅。此外，该文献公开了将体线圈细分成至少两个连续布置的分段，使得RF场分布在主磁场或z方向上也是变化的。
发明内容
随着场强的增加，由信号强度的变化导致的图像非均匀性问题也增加。此外，为了不违反现有的SAR限制并且不危害患者的安全，比吸收率(SAR)限制了可能的RF占空比。最后，对于并行RF发射需要获得更高的减少系数。
因此，本发明的一个目的是提供RF发射器布置和多通道RF发射系统，其提供了应用空间RF场样式的增加的灵活性，其例如可以被用于校正导致了RF场中的非均匀性的磁化率伪迹。
该目的通过根据权利要求1的RF发射器布置，根据权利要求11的多通道RF发射系统以及根据权利要求13的用于生成RF场的方法而解决。
根据本发明的这些解决方案在那些具有更高磁场强度的MRI系统中是尤其有益的，在该系统中所需的RF发射或激发信号的波长达到检查对象的尺度，从而检查对象之内的波传播或者介质共振效应以及不均匀RF激发场可能发生。这些不必要的效应，以及尤其是在MRI检查期间的信号强度变化的影响可以通过借助于根据本发明的多通道RF发射系统的独立可驱动的RF发射器元件和多通道RF发射器布置来发射空间上选择性的RF脉冲而以简单和划算的方式进行有效补偿。
从属权利要求公开了发明的有益实施例。
将意识到本发明的特征易于以任何组合方式组合而不脱离由附加权利要求所限定的本发明的范围。
从以下参考附图而给出的对本发明的优选和示例性实施例的描述，本发明的进一步细节、特征和优点将变得显而易见。
附图说明
图1示出了多通道RF发射/接收结构的示意性框图；并且
图2示出了线圈元件的不同构造。
具体实施方式
与现有的多通道发射MRI系统和线圈(其中在该系统中各个元件分布在单个圆柱形环的表面或者沿着形成平面带的线布置)相反，根据本发明提供在两个或者三个空间方向上的线圈分布和/或分段。
这样的RF发射器布置的一个普通例子是N×M个发射器元件的平面阵列(也即，在两维中布置)或者圆柱形布置的发射器元件的不同环和/或分段的阵列(也即，在三维中布置)。
虽然这可能增加驱动各个发射器元件所需的RF发射器通道的数量，但这样的布置提供了SAR(比吸收率)减少的可能，尤其是在只有小体积需要借助于RF场激发的情况下，并且还为RF匀场方法(见Ibrahim等，“Effectof RF coil excitation on field inhomogeneity at ultra high fields：a fieldoptimized TEM resonator”in Magnetic Resonance Imaging(2001)Dec；19(10)：1339-47)提供了更好的性能和灵活性。
此外，它实现了加速和/或改善多维空间选择性RF脉冲的性能的可能性，因为线圈或者发射器元件的数量增加了。三维RF脉冲尤其从RF发射器布置的线圈设计中的这个增加的自由度中受益，其中该RF发射器布置扩展为二或三维。
另一个优点是所需的用于每个发射通道以馈送给RF发射器元件的功率的减少，从而简化了递送该所需RF功率的放大器模块的设计。
基于这些RF发射器布置，可以改善多个并行RF发射的应用，并且可以减小患者SAR。
更详细的，根据本发明至少在z向，也即在纵向，也即沿着MRI系统的主磁场方向将RF发射器布置以及尤其的RF发射线圈进行分段。发射线圈可以例如是体线圈但也可以是(柔性的)表面发射(/接收)线圈。
作为示例性实施例，体线圈在以下被认为是在z向包含三个圆柱形分段。每个分段包含八个沿分段的圆周分布的线圈元件，得到了总共具有24个单独的RF线圈元件的线圈。每个分段之内的RF元件在线圈的半径上对称地安装。RF元件由各个RF功率模块馈送。每个模块与波形发生器连接，其中该波形发生器能够提供振幅和相位可以随时间控制的模拟RF信号。
图1A、1B和1C中示意性地描绘出该机构。中央处理器单元为每个通道生成波形定义，其可以在相位(或者频率)上和振幅上并且随时间而不同。通过具有某个驻留时间(例如6.4μs)的波形控制器，波形定义转换为RF波形。将样本流发送至执行数模转换的各个发射通道Tx-Ch 1、Tx-Ch2，……。
将模拟信号发送给多通道RF放大器(或者多个单独的RF放大器或者模块)。经由RF放大器输入端的第一多路复用器或者组合器网络MUX，可以将不同的输入发送给不同或者多个RF放大器通道。以这种方式，对于不同通道可以实现不同功率水平。RF放大器通道的数量可以超过输入或者输出的数量，并取决于各个线圈元件所需的不同功率水平。
在输出级，优选地使用第二多路复用器或者组合器网络MUX来将放大的RF信号发送给RF通道1，2，……n。任选择的，环行器C可以在RF放大器的内部和/或外部使用以消除任何反射功率。
RF信号然后经由发射/接收开关发送至各个线圈元件(图1B)。线圈元件可以是发射和接收(Tx/Rx)线圈元件或者只是发射线圈元件。在Tx/Rx线圈元件的情况下(图1C)，将接收的RF信号发送至n个接收通道Rx-Ch1，…Rx-Ch n，并且被处理单元处理以生成显示给MRI系统的操作者的图像。
在图2中示出了线圈元件e的不同构造，其中，圆柱形RF线圈显示为沿着水平z坐标和线圈的圆周在图2的图画平面中平铺。对于平面的二维RF发射器布置，可考虑相同的图，其中两个坐标相应于x-z平面。图2中示出：
A：在z方向上被三次(示例性的)分段的多个元件(每个元件可以被独立地驱动，或者各个环/分段s1，s2，s3可以被驱动等等)；
B1：不同几何结构的布置(分段s1、s2、s3在z向的偏移)；
B2：分段s1、s2、s3相对于彼此旋转；
B3：分段s1、s2、s3在z方向的偏移以及分段s1、s2、s3相对于彼此旋转；
C：指示出了用于独立地驱动每一个单独的元件e的开关；
D：不同类型的线圈或者线圈布置(例如，旋转或者环形线圈，带状线谐振器等等)。
在只有小体积需要被激发的情况下，只有三个分段s1、s2、s3中的一个的RF发射器元件用来激发。因而，可以实现更低的全局SAR，因为线圈灵敏度与元件的全长相比在z向上更小。
在加速例如3D空间选择性的RF脉冲的情况下，在利用各个分段的三维空间方向(两个在平面内，并且第三个在z方向)中使用基于发射线圈的灵敏度编码。与只在平面内分段中使用的RF脉冲相比，这样可以允许对于RF波形具有更高的加速系数和/或更稳定的解并且具有减少的SAR。在二维(2D)RF脉冲的情况下，在保持脉冲性能和最小化SAR的同时，空间中的自由成角成为可能。
如果最大的减小系数/加速系数没有满负荷使用，则剩余的自由度可以用于SAR的减小，其在更高的场强度时是尤其有益的。
此外，在只有标准RF脉冲的相位和振幅被修改以改善B1场均匀性的简单RF或者B1匀场的情况下，由于该布置的增加的自由度，对所有倾斜方向使用2D/3D发射阵列，可以获得更好的结果。
此外，在试验期间，线圈的不同分段或者子集可以在试验的不同阶段使用。例如，一个分段用于激发并且另一个可以用于在自旋回波试验期间重聚焦，从而提供了有趣并且更灵活的应用。
以下，参考图2描述这样的分段RF发射器布置的变型和不同实施例：
-各个线圈元件在半径上空间不对称的放置(例如，距屏具有不同的距离或者彼此之间具有不同的距离)；
-屏本身不是圆形的而是椭圆形的或者甚至具有不同的形式(例如不对称的)。然后线圈元件可以在RF屏之内对称或者不对称的分布；
-各个RF元件可以相对于彼此旋转或者倾斜(图2D)；
-取决于各个RF元件在RF线圈之内的位置，其可以具有不同的尺寸；
-可以使用柔性的或者硬的表面线圈发射阵列以替代或者作为多通道主体的补充；
-体线圈可以与发射(/接收)线圈阵列交错的或者同时的操作。例如，在检查对象顶部使用局部发射线圈的同时在患者之下可以使用体线圈；
-一个环/分段的元件可以在z方向上具有不同的位移(它们在特定的z位置不是全部对齐的)(图2B)；
-可以使用各种数量的放大器通道，例如，m个以驱动m个环/分段，或者n个以驱动n个同时包含一个、两个或者多个z分段的线圈元件，从而邻近或者非邻近的z分段可以一次激活(见图2C)。最后，可以使用几个kW峰值功率的n×m个放大器模块(在这个情况下图2中的n必须由n×m替代)；
-经由开关矩阵将不同功率水平分配给不同通道。以这个方式，功率模块可以不同方式进行组合以解决患者的不同元件载荷。这个概念可以延伸至给一些z分段线圈元件提供不同的功率水平，而根本不驱动其它的z分段线圈元件。由于线圈的不同形状、位置或者与屏的距离，可能需求不同的功率水平。
-线圈元件可以具有不同的尺寸或者形状(例如，带、环等等)，并且甚至两者的组合是可能的(图2D)。
根据本发明的RF发射器布置原则上可应用于从低到超高场的任何多通道RF发射系统(从2-n通道)。在第一种情况下，如RF脉冲长度的减少或者之类的应用可是主要焦点。相反，在高场时多发射技术对于整个体系统的技术实现甚至将是使能者，并且将给图像质量带来改进，例如使用头/体线圈的成像。多发射技术提供了新的自由度，其实现或者改善了像例如RF匀场、Tx感应、SAR减少、局部激发、3D脉冲、RF编码等等之类的应用。
虽然在附图和上述的描述中已经详细地阐明和描述本发明，这样的阐明和描述被认为是说明性或示例性的并不是限制性的，并且本发明不限于公开的实施例。对前述中描述的本发明实施例的各种变型是可能的，并不脱离由所附权利要求所限定的本发明范围。
本领域技术人员在实施所主张的发明时通过对附图、公开内容以及附加权利要求的研究可以理解并实现对公开实施例的各种变型。在权利要求中，术语“包括”并不排除其它部件或步骤，并且不定冠词“一”或“一个”不排除多个。单独的处理器或其它单元可实现权利要求中所列举的若干项的功能。在相互不同的从属权利要求中列举某些措施这一事实并不表示这些措施的结合不能有利地使用。可以将计算机程序储存/分布在适当的介质中，例如与其它硬件一起提供或者作为其它硬件一部分的光存储介质或固态介质，但是也可以其它形式分布，例如经由因特网或者其它有线或者无线通讯系统。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制其范围。

Claims (13)

1.一种RF发射器装置，用于生成RF场以激发MRI系统中的核磁共振，其中，所述RF发射器装置形成体线圈，在所述体线圈的z方向上将所述体线圈分割为多个环或多个分段（s1，s2，s3，…），每一个环或分段包括多个RF发射器元件（e），所述RF发射器装置的特征在于，一个环或分段中的所述RF发射器元件（e）具有在z方向上彼此不同的位移，并且/或者包含RF发射器元件（e）的所述环或分段在所述体线圈的圆周方向上相对于彼此旋转，以便生成具有期望样式的RF场。
2.根据权利要求1所述的RF发射器装置，其中，所述RF发射器元件（e）包括具有不同尺寸或形状的RF发射器元件（e），所述RF发射器元件（e）的尺寸取决于所述RF发射器元件（e）在所述RF发射器装置内的位置。
3.根据权利要求1所述的RF发射器装置，其中，所述RF发射器元件（e）包括以环形线圈和/或带状线谐振器形式的RF发射器元件（e）。
4.根据权利要求1所述的RF发射器装置，其中，所述RF发射器元件（e）包括相对于彼此旋转或者倾斜的RF发射器元件（e）。
5.根据权利要求1所述的RF发射器装置，其中，所述RF发射器元件（e）包括彼此之间具有不同距离的RF发射器元件（e）。
6.根据权利要求1所述的RF发射器装置，其中，将所述RF发射器元件（e）空间放置为距屏具有不同的距离。
7.根据权利要求1所述的RF发射器装置，其中，所述RF发射器元件（e）包括借助用于独立地驱动所述RF发射器元件（e）的开关而彼此连接的RF发射器元件（e）。
8.根据权利要求1所述的RF发射器装置，其形成圆柱形RF线圈。
9.一种平面二维RF发射阵列形式的RF发射器装置，其通过将根据权利要求8中所述的圆柱形RF线圈沿其圆周铺开成所述平面RF发射器装置的x/z平面而形成。
10.根据权利要求9所述的RF发射器装置，其形式为柔性表面发射/接收线圈。
11.一种多通道RF发射系统，包括
根据权利要求1所述的RF发射器装置，以及
多个RF波形发生器和RF放大器，用于生成RF发射信号以独立地馈送给所述RF发射器装置的所述RF发射器元件（e）和/或分段（s1，s2，s3，…）。
12.一种磁共振成像系统，包括根据权利要求1所述的RF发射器装置或根据权利要求11所述的多通道RF发射系统。
13.一种用于借助于根据权利要求1所述的RF发射器装置来生成RF场的方法，其中，独立地驱动所述发射器元件（e）和/或所述分段（s1，s2，s3，…）以便生成具有期望样式的RF场。
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